Espelhos parabólicos e imagens reais

RKA13C Neste vídeo, quero apresentar a vocês uma classe especial de espelhos denominados "espelhos parabólicos", às vezes chamados de "refletores parabólicos". E qual é a graça dos espelhos parabólicos? Eu vou desenhar uma seção transversal bem aqui, e, se vocês conhecerem um pouco de álgebra, eles são basicamente a seção transversal, principalmente se tiverem o formato de uma parábola. Então eu vou desenhar um espelho parabólico bem aqui, que tem o formato de uma parábola, exatamente assim. E o legal do espelho parabólico... Eu não vou entrar em matemática aqui, eu só quero dar a vocês uma ideia geral. Eu vou desenhar seu eixo principal, então esta é a linha de simetria da parábola. E este é o eixo principal bem ali, dividindo-a em 2. Esta é apenas uma seção transversal, você pode imaginar como se estivesse girando, se estivesse girando em torno daquele eixo principal. Você obteria uma imagem parecida com isto, você obteria uma imagem que parece uma tigela, mas, na verdade, tem o formato de uma parábola, não tem um formato realmente esférico. Portanto, se você a girasse, você obteria um círculo bem no topo. Isto seria um círculo bem aqui, mas esse formato aqui embaixo não é um hemisfério, não é esférico. Na verdade, é uma parábola. E o motivo pelo qual nos importamos com a parábola, o legal dos espelhos parabólicos, é que eu tenho raios paralelos de luz incidindo em um espelho parabólico. Se eu der o melhor de mim para desenhar um raio de luz paralelo ao eixo central do espelho... Se eu tenho um raio de luz que incide dessa forma, ele irá refletir para fora, então é paralelo ao seu eixo principal e vai refletir deste modo. Direi a vocês o que há de bom nisso em um instante! Vou desenhar outro raio paralelo, digamos que eu tenha outro raio paralelo que está incidindo bem ali. Ele aparece ali, e então atinge o espelho parabólico naquele ponto. Ele incide assim, e, se eu tiver outro raio que ainda incida desse jeito, ele irá refletir de modo que o reflexo vá para lá. Então, o que há de muito bom nisso? O bom de qualquer raio de luz incidente que seja paralelo ao eixo principal desse espelho parabólico... O raio refletido vai atravessar o mesmo ponto. Para mim, não importa onde você atinge o espelho, contanto que seja de modo paralelo ao eixo principal, o raio refletido vai atingir nesse ponto. O foco está bem aqui, o foco do espelho parabólico está bem ali. Agora, o fantástico disso... Bem, digamos que vocês estejam tentando captar o calor do Sol e concentrar a radiação eletromagnética do Sol. Vocês podem imaginar que poderiam ir até o meio do deserto, as pessoas fazem isso e instalam espelhos parabólicos como esse apontados para o Sol. Os raios do Sol incidem... O Sol está tão longe que, basicamente, incidem em paralelo, quero dizer, eles irradiam do Sol, mas o Sol está a 150 milhões de quilômetros de distância, portanto, os raios estão, basicamente, incidindo em paralelo. E o fantástico em relação a eles é que, quando eles atingem a superfície do espelho parabólico, todos eles são refletidos para um ponto. Vocês têm um raio incidindo desta forma, ele vai ser refletido daquela forma. Então, toda a energia pode ser focada em um ponto como aquele. Vocês podem imaginar que é um tubo de água escoando para a tela aqui, então vocês têm toda aquela energia luminosa, que seria utilizada para aquecer a tubulação de água. Outra coisa que vocês podem querer fazer em vez de obter energia... Talvez, vocês queriam liberar a energia de modo que todos os raios de luz fiquem paralelos. Por exemplo, digamos que vocês têm a luz de um carro. Se os faróis do carro fossem assim, se eu desenhar os faróis do carro assim... Deixe-me descer a página um pouquinho. Digamos que vocês têm um carro. Então, vemos que isto é um carro, e eu acho que vocês percebem que isto aqui é um encaixe da roda, aquela é a roda e assim por diante. Não estamos falando aqui do desenho do carro, mas vocês podem imaginar como se estivéssemos inserindo lâmpadas na frente dos carros. Vocês podem imaginar uma única lâmpada posicionada na frente do carro. Então, aquilo é uma lâmpada e ela forneceria luz, mas forneceria luz em todas as direções, irradiando para fora, o que seria meio inútil. Boa parte da luz está retornando ao carro e apontando nas mais variadas e aleatórias direções. Isso não é muito prático. Quando vocês estão dirigindo o carro, vocês desejam que a luz aponte para a estrada ou talvez para o que está diretamente sobre a estrada. Então, como vocês poderiam apontar a luz? Bem, vocês poderiam utilizar um espelho parabólico, e qualquer carro para o qual vocês olharem terá uma luz dentro de um espelho parabólico. Digamos que, em vez dessa situação que eu acabei de desenhar... Deixe-me esclarecer isso, vou desenhar isso em uma escala maior. Digamos que eu tenha um espelho parabólico... Obviamente, isso se parece com uma pá de neve ou algo assim, mas estou desenhando bem grande para que vocês captem a ideia geral. Isto é um espelho parabólico, e digamos que agora vamos colocar a lâmpada no ponto focal, no foco desse espelho parabólico. O que vai acontecer agora? A luz tem que ir nesta direção, para que irradie para fora. Isso é bom, porque a luz está sendo útil para o motorista que está efetivamente iluminando a estrada. Mas a luz que irradia para trás, a luz que irradia para fora a partir daquele foco da parábola, vai ser refletida e vai atuar de modo exatamente oposto àquele do captador de energia solar, vai ser refletida paralelamente para fora ou de modo paralelo. Então, por causa desse refletor parabólico ou espelho parabólico, toda a luz que essa fonte de luz está gerando, ou a maior parte dela, vai ser emitida em paralelo ao eixo principal da parábola. E, se vocês mudassem essa parábola de lugar, vocês poderiam apontar em qual direção a luz se concentra. Agora, outro fato a respeito de espelhos parabólicos é que eles, na verdade, formam imagens reais. No último vídeo, nós falamos sobre a noção de uma imagem virtual. Vocês pensam que algo existe porque a luz está convergindo em algum ponto, mas nem mesmo o ponto existe e, na verdade, vem de um outro ponto que está sendo refletido. Vou desenhar aqui, deixe-me desenhar um grande espelho parabólico para deixar o diagrama bem visível. Eu vou desenhar o seu eixo principal. Então, o eixo principal... Este é o meio que o outro perfil dele... Este é o seu eixo principal, bem assim. Vamos colocar um objeto, vou definir alguns pontos interessantes. Primeiramente, nós temos o nosso ponto focal, vou chamá-lo de "f", e então existe algo chamado "centro de curvatura" (c). E eu sempre imagino a curvatura como uma esfera, mas, para um espelho parabólico, na verdade, será o dobro da distância focal, portanto, esta distância bem aqui. Deixe-me esclarecer isso, vou chamar isso, essa distância aqui, de "f". E a essa mesma distância até o centro de curvatura temos o ponto "c". Mas essa distância aqui também vai ser "f" ou será que vai ser "2 f"? O que quero fazer é colocar alguns objetos na frente desse espelho parabólico e pensar no que acontece com os raios de luz daquele objeto. Então vamos, primeiro, colocar um objeto aqui. Vou apenas desenhá-lo como uma seta, apenas o desenho do objeto como uma seta, e aquele objeto, talvez não se saiba de que direção vem a luz que está refletindo sobre ele, mas ela vai refletir assim, de modo difuso, presumindo que não seja reluzente. Vou apenas escolher pontos no objeto de onde a luz será emitida de forma radial para o exterior ou refletida para o exterior e ver o que acontece com aqueles raios de luz. Então, digamos, em favor da simplicidade, sempre que vocês fizerem algo com um espelho parabólico, é bom emitir um raio radial a partir daquilo que é paralelo e um que incida sobre o foco, pois sabemos como eles se comportarão depois disso. Portanto, vamos fazer um que seja paralelo. Estamos apenas fazendo isso para compreender como seria a imagem desse objeto. Vamos fazer um paralelo, ele atinge a superfície do espelho parabólico e, em seguida, reflete e atravessa o foco. Então vamos fazer com que outro raio de luz passe pelo foco. Outro raio de luz passando pelo ponto focal, exatamente assim. Então ele reflete e será refletido de modo paralelo. O que acabou de acontecer aqui? Aqueles dois raios que foram emitidos pelo mesmo ponto nesse objeto "seta", ambos são emitidos radialmente para o exterior. Eles refletem nesse espelho parabólico em dois pontos diferentes, mas aí eles convergem novamente, e, na verdade, podemos fazer o mesmo para cada ponto. Se vocês fizessem aquilo que exclui aquele ponto, na verdade, aqueles dois vão incidir e refletir, atravessar o ponto focal e retornar. Quero dizer que eles continuarão nesse movimento. Mas imaginem que vocês podem continuar fazendo isso com cada ponto nessa seta. E, fazendo isso, vão obter uma imagem que se parece com isto. Vocês terão uma imagem parecida com aquela, esta imagem corresponde àquele ponto. Se vocês colocassem uma tela bem aqui, poderia ser, não sei, um pano de mesa branco ou uma parede bem aqui... Se ela efetivamente mostrasse a imagem, você, na verdade, estaria projetando a imagem nessa parede bem aqui. Seria, na verdade, uma imagem projetada. E aquela imagem projetada de que estamos falando, onde a luz está convergindo... A luz incide radialmente para o exterior de cada ponto dessa seta, e então converge de um ponto sobre essa tela. Nós a chamamos de "imagem real". Isso é uma imagem real. E vocês podem querer compará-la a uma imagem virtual. Uma imagem virtual é uma imagem que parece estar vindo de algum lugar, pois parece que os objetos estão divergindo de algum ponto, mas eles realmente foram refletidos de alguma superfície. Uma imagem real é uma imagem efetivamente projetável. Nós poderíamos colocar uma tela bem aqui, e então estes carinhas aqui ficariam incidindo sobre a tela e, basicamente, difundindo exatamente a mesma luz que este ponto do objeto real. Por essa razão, a tela terá a mesma aparência do objeto. Isso é uma imagem projetável. De qualquer forma, espero que vocês tenham achado isso proveitoso. Percebi que me estendi um pouco além do que gostaria com alguns vídeos. Falaremos um pouco mais sobre espelhos parabólicos no próximo vídeo.